《工业控制网络与现场总线技术》课程教学大纲

一、课程基本信息

1.课程名称：工业控制网络与现场总线技术  2.课程编号：04414006    

3.课程类别：专业方向限定选修课          4.总学时/学分：40/2.5 

5.适用专业：电气工程及其自动化专业      6.开课学期：第七学期  

二、课程与人才培养标准实现矩阵的关系说明

本课程培养工业控制网络专业知识，通过本课程的学习能独立承担和开展现场总线控制系统相关的设计与研究工作。

三、课程的地位性质与目的

本课程是限定选修课程。本课程综合了电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的最新发展成果，旨在介绍现场总线这一自控领域的新技术，使学生了解工业自动化领域当今世界自控技术的研究热点和发展方向。

从各类网络基本原理中渗透出社会主义核心价值观，将和谐、包容、平等、法制、诚信、职业道德等诸多要素，培养学生创新技术，为国争光，激发学生爱国自豪感和自信心，鼓励学生学好工业网络技术，为我国网络技术发展做出贡献。

四、学时分配表

五、课程教学内容和基本要求

现场总线的概念与技术特点；现场总线技术中业网络传输控制方式、曼彻斯特编码技术；常用工业网络互连设备、安全防爆技术、OSI模型物理层与数据链路层协议；Modbus、PROFIBUS、CAN、DeviceNet、及CANopen的通信模型、协议、规范、技术特点；EPA、PROFINET、HSE、Ethernet/IP及Modbus TCP等工业网络技术特点。

本课程各章的教学内容和基本要求如下：

第一章 绪论

【教学内容】

工业自动控制系统历史，工业控制网络特点，传统控制网络——现场总线，现代控制网络——工业以太网，常用工业控制网络介绍，工业控制网络发展趋势。

【基本要求】

了解工业控制网络的现状与发展；了解几种常用工业网络的特点。

创新技术，为国争光：通过对工业网络发展的概述，介绍当前我工业网络技术发展的重大成就，激发学生爱国自豪感和自信心，鼓励学生学好工业网络技术，不断进行技术创新，为我国网络技术发展做出贡献。

【教学重点及难点】

1. 重点：常用工业控制网络的特点

2. 难点：无

第二章 数据通信基础与计算机网络基础

【教学内容】

数据通信系统概述，数据编码技术，工业控制网络的节点，通信传输介质，网络拓扑结构，网络传输介质的访问控制方式，OSI参考模型。

网络体系结构求同存异的智慧，大到国与国之间复杂的政治、经济、外交等问题，可以通过搁置争议、避免分歧、寻求利益共同点，达到互惠互利、共同发展的目的;小到人与人之间的日常小事，如果能够尊重并理解别人的不同，寻找共同共通之处，就可以实现共赢。在处理个人与社会的关系时，如果能够灵活运用求同存异的智慧，就能够享受到更多的获得感与幸福感。

【基本要求】

掌握通信模型、数据传输、传输媒体、传输数据编码、数据通信接口和差错检测与校正的概念及方法；了解OSI参考模型的划分及各参考层的作用。

【教学重点及难点】

3.重点：通信模型、数据传输、数据编码；多路复用技术。

4.难点：数据编码。

第三章 Modbus现场总线

【教学内容】

Modbus的通信模型，Modbus的通信原理，Modbus物理层，Modbus串行链路层标准，Modbus差错传输模式、差错检验、功能码及协议编程实现方法，Modbus系统组态。

【基本要求】

了解Modbus的特点、通信模型网络、通信原理及物理层接口；掌握Modbus串行链路层协议的实现方法；了解Modbus系统组态方法。

网络协议充分体现了和谐、包容、尊重规则的理念，这也是学生需要具备的品质。在社会生活中，只有遵守法律或约定俗成的社会规则的，才能获得充分的自由及广阔的天地来发挥自己的个性，反之则寸步难行。

【教学重点及难点】

5.重点：Modbus串行链路层的协议实现过程。

6.难点：Modbus串行链路层的协议实现过程。

第四章 PROFIBUS现场总线

【教学内容】

PROFIBUS通信参考模型，PROFIBUS种类，PROFIBUS物理层、数据链路层，

PROFIBUS—DP系统组态。 

【基本要求】

了解PROFIBUS的通信参考模型、种类；了解PROFIBUS—DP的通信协议、物理层、数据链路层及用户层的定义。

【教学重点及难点】

1. 重点：PROFIBUS—DP的通信协议及数据链路层。

2. 难点：PROFIBUS—DP的通信协议及数据链路层。

第五章 CAN总线

【教学内容】

CAN总线特点，CAN总线通信模型，CAN总线帧结构，CAN总线的错误处理机制，SJA1000 CAN控制器，CAN总线收发器PCA82C250，CAN总线节点设计。 

【基本要求】

了解位传输总线的基本概念，和汽车总线的分类；掌握CAN总线体系结构及协议标准；掌握CAN控制器、CAN总线收发器、CAN节点的实现方法；掌握CAN总线应用系统设计的基本方法。

【教学重点及难点】

1. 重点：CAN总线体系结构及协议标准；CAN控制器、收发器、CAN节点的实现方法；

2. 难点：CAN总线应用系统设计。

第六章 DeviceNet现场总线

【教学内容】

DeviceNet特性，DeviceNet通信模型，DeviceNet设备描述，DeviceNet连接，预定义主从连接实例。

【基本要求】

了解DeviceNet现场总线的基本概念；掌握DeviceNet现场总线的通信模型、设备描述和连接；掌握DeviceNet现场总线的预定义主从连接。

【教学重点及难点】

1. 重点：DeviceNet通信模型、设备描述和连接；DeviceNet现场总线的预定义主从连接。

2. 难点：DeviceNet现场总线的预定义主从连接。

第七章 CANopen现场总线

【教学内容】

CANopen特性，CANopen物理层、数据链路层、应用层，台达CANopen系统组态。 

【基本要求】

了解CANopen的特性、理解通信模型； 了解台达CANopen从站通信转换模块。

【教学重点及难点】

1. 重点：CANopen的数据链路层、应用层；

2. 难点：CANopen的应用层。

第八章 工业以太网

【教学内容】

工业以太网简介，EPA特点、通信模型、网络结构，PROFINET技术特点、通信模型，HSE结构、通信模型，Ethernet/IP报文种类，Modbus TCP应用数据单元。

【基本要求】

了解以太网与工业以太网的区别；理解EPA、PROFINET、HSE、Ethernet/IP及Modbus TCP等工业网络结构、通信模型。

【教学重点及难点】

1. 重点：工业以太网体系结构；以太网与工业以太网的区别；

2. 难点：工业以太网体系结构。

六、考核方式及成绩评定办法

本课程为考试课，采取过程性考核与终结性考核相结合的方式，在授课过程中贯穿多种形式、多个阶段、多种类型的评价，其中：平时表现及作业占10%，实验情况及报告占20%，终结性考核采取试卷闭关考试的形式，占比70%。

七、建议教材及参考书目

1.教材

王振力主编，工业控制网络，北京：人民邮电出版社，2012。

2.参考书目

[1] 李正军主编，现场总线与工业以太网，北京：中国电力出版社，2019。

[2] 阳宪惠主编，现场总线技术及其应用(第2版)，北京：清华大学出版社2008。

[3] 陈在平主编，现场总线及工业控制网络技术，北京：电子工业出版社，2008。

[4] 李正军主编，现场总线技术及其应用技术（第2版），北京：机械工业出版社，2017。

[5] 王永华主编，现场总线技术及应用教程，北京：机械工业出版社，2007。